Моделирование миграции подземных вод

Моделирование миграции подземных вод

Лукнер Л., Шестаков В. М.

Для обозначения процессов перемещения химических элемен­тов в земной коре, ведущего к изменению их содержания (рассея­нию или концентрации), А. Е. Ферсман ввел понятие «геохимиче­ская миграция». Значительная роль в таких процессах принадле­жит подземным водам, которые представляют собой сложные есте­ственные растворы. Перемещение и трансформацию компонентов подземных вод, приводящие к изменению их содержания, соответ­ственно, будем называть гидрогеохимической миграци­ей или миграцией подземных йод. При миграции речь идет не о движений всей массы воды (как это рассматривает­ся в процессах фильтрации), а о взаимном перемещении отдель­ных компонентов подземных, вод (химических, механических, био­логических), определяющих их состав и свойства.

Решающую роль в развитии исследований гидрогеохимической миграции сыграла необходимость изучения изменений качества подземных вод при различных техногенных воздействиях, особен­но при складировании и захоронении промышленных отходов. За­дачи охраны и управления качеством подземных вод остаются ак­туальными и важными областями применения гидрогеомиграцион - ных исследований. Вместе с тем Значительное распространение эти исследования получили при решении вопросов формирования под­земных вод, обоснования сельскохозяйственных йелиораций, мето­дики полевых индикаторных опытов и т. п.

Количественные исследования миграции подземных вод должны опираться на построение моделей гидрогеомиграци он - ных процессов, состоящих из моделей процессов пере­носа и физико-химической трансформации миг­рирующих веществ (мигрантов), причем процессы трансфор­мации в свою очередь подразделяются на превращения внут­ри каждой фазы горной породы (главным образом, гидрохи­мические превращения в жидкой фазе) и обмен между фа­зами. Только совместное, взаимосвязанное рассмотрение моделей этих процессов позволяет получить полное представление о моде­лировании миграции подземных вод.

Заметим, что по ряду позиций к моделям гидрогеохимической миграции близки гидрогеотермические модели. Особенно это отно­сится к аналогичным по своим моделям процессам тепло - и массо - переноса, поэтому на начальном этапе изучения миграции подзем­ных вод модели гидрогеотермических и гидрогеохимических про­цессов рассматривались совместно. Однако дальнейшее развитие моделей гидрогеомиграционных процессов явно идет по пути уг­лубленного исследования процессов физико-химических трансфор­маций, в связи с чем все отчетливее проявляется специфика моде­лей гидрогеохимической - миграции. Поэтому представляется целе­сообразным в дальнейшем рассматривать процессы теплопереноса обособленно, относя к миграции подземных вод только миграцию компонентов подземных вод (гидрогеохимическую миграцию).

Моделирование миграции подземных вод, как и моделирование любого процесса, служит для решения следующих задач: получе­ния знаний путем проверки модельной концепции (гипотезы) прак­тическим экспериментом; научной интерпретации процессов, проте­кавших в прошлом; для феноменологического объяснения процес­сов (включая идентификацию параметров по данным_изМеряемого хода процесса); научного прогнозирования развития процесса при определенных условиях, причем прогнозное моделирование являет­ся предпосылкой для проектирования эффективных мероприятий я технических средств для Осознанного воздействия на процесс (управления процессом).

Развитие моделирования миграции подземных вод было свя­зано прежде всего с требованиями количественного решения, задач охраны подземных вод от загрязнения, в том числе для выделения охранных зон водозаборов и установления возможного характера хозяйственного использования этих зон. Особенно важно модели­рование миграционных (гидрогеомиграционных) процессов при гидрогеологическом обосновании сооружения хранилищ промыш­ленных отходов с целью уменьшения их вредного воздействия на окружающую среду. Большую роль играет моделирование мигра­ции при гидрогеологических исследованиях на территориях сель­скохозяйственных мелиораций (для обоснования питательного ре­жима почв и изменения качества грунтовых вод), на урбанизиро­ванных территориях, в районах разработки месторождений полез­ных ископаемых, для искусственного восполнения запасов под­земных вод и улучшения их качества, при изучении условий фор­мирования к разрушения месторождений полезных ископаемых. Начаты работы по использованию миграционного моделирования при изучении общих вопросов формирования состава подземных вод.

Важной областью применения моделирования является обосно­вание мониторинга качества подземных вод, тре­бующее для правильной постановки и интерпретации данных на­блюдений правильного ответа на следующие основные вопросы: что, где, когда, как измеряется, а также кто производит измерения. Ответы на эти вопросы могут быть даны только на основе ясных представлений о модели наблюдаемых процессов.

Принципиально важным является построение гидрогеомиграци­онных моделей на детерминистической основе, приводящее к тео­ретическим моделям в форме системы дифференциаль­ных уравнений с соответствующими условиями однознач­ности. Это имеет принципиальное значение, поскольку «лишь диф­ференциальное исчисление дает естествознанию возможность изо­бражать математически не только состояния, но и процессы»

Особенно важное значение такая позиция имеет для моделиро­вания натурных геомиграционных процессов, которые обычно раз­виваются очень медленно во времени и довольно сложно в прост­ранстве, так что их понимание и количественное описание на осно­ве «черного ящика», как правило, оказывается нереальным. Вмес­те с тем нельзя утверждать, что уже сейчас гидрогеомиграцион - ное моделирование может уверенно служить для количественного анализа всех гидрогеохимических процессов, поскольку в ряде случаев сложность гидрогеохимических трансформаций не позво­ляет описать их в детерминистической форме. Однако прогресс в этом направлении очевиден, и потому, представляя достаточно за­вершенные разделу гидрогеомиграционного моделирования, целе? сообразно рассматривать и качественные описания, намечающие переход к количественным моделям.

Огромное число работ, непрерывно пополняющих исследования в различных направлениях изучения миграции подземных вод сильно затрудняет их обобщение. В связи с этим, авторы Вынужде­ны были ограничиться главным образом материалами таких работ, в которых они принимали непосредственное участие йлй сотрудни­чали-с другими специалистами своих стран.

Распределение работы между авторами показано в оглавле­нии, кроме того в подготовке материалов по главам 2 и 3 прини­мал участие В. В. Витвицкий, а в главах 3, 5 и 6 использованы материалы Г. Ф. Румынина по миграционным расчетам с учетом комплексообразования.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Р —плотность воды (водного раствора), с ■— концентрация содержания мигранта в водном растворе, N—сорбционная емкость (объемная), о —■ скорость фильтрации, п0 — активная пористость породы, К а — коэффициент распределения в изотерме Генри, «э=я0+Ка •—«эффективная» пористость,

П — пористость (удельная емкость), п—п0 для нейтрального мигранта н п=па для сорбируемого мигранта, DM — коэффициент молекулярной диффузии в породе, Dg и Dr — коэффициенты продольной и поперечной гидродисперсии, о[1] и 8г - - параметры продольной и поперечной гидродрсперсии,

£> — обобщенный коэффициент дисперсии в модели диффузиоино-кои-

Вективного переноса, а* ~ коэффициент блокового массообмена, s* — удельная поверхность блокрв,

Х — удельное (объемное) содержание проводящих каналов в модели

Гетерогенно-блоковой среды, тп — мощность водоносного пласта, vx, vY, vі — компоненты скорости фильтрации в декартовых координатах,

С — интегральное изображение концентрации «с» по Лапласу — 'Кар - сону.

Моделирование миграции подземных вод

Миграционная модель обезжелезивания в подземных водах

В качестве примера приведем построение системы уравнений, со - ставляющих теоретическую модель процессов обезжелезивания подземных вод[10]. Эта задача актуальна в связи с широким распро­странением подземных вод, в которых содержание железа …

Опыты на крупных фильтрующих монолитах

Опыты по фильтрации трассера в крупных монолитах проводятся для изучения миграционного процесса с учетом гетерогенного стро­ения породы. Для интерпретации данных такого опыта использу­ются модели гетерогенно-блокового строения. Таблица 12 Рассчитанные по …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.